[發(fā)明專利]一種針對(duì)磁聲磁粒子濃度成像的矩陣式線圈設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011019361.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN112129828B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆孝姮;李政興;陳偉華;劉宗旺;林曉雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/72
• 分類號(hào): G01N27/72;A61B5/0515
• 代理公司: 西安匯恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61244
• 代理人: 彭瓊

本發(fā)明公開了一種針對(duì)磁聲磁粒子濃度成像(MACT?MI)的矩陣式線圈設(shè)計(jì)方法，MACT?MI是最近提出的一種基于磁性納米粒子(MNPs)濃度的成像方法，具有非侵入式、高分辨率和能對(duì)MNPs進(jìn)行定量估計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。目前MACT?MI采用的梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元是麥克斯韋線圈，為進(jìn)一步降低激勵(lì)電流、簡(jiǎn)化散熱條件，本發(fā)明公開了一種針對(duì)MACT?MI的矩陣式線圈設(shè)計(jì)方法，將梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元改為矩陣式線圈。首先根據(jù)成像區(qū)域設(shè)定線圈參數(shù)；其次根據(jù)成像所需的磁場(chǎng)梯度，設(shè)定成像區(qū)域的梯度值；最后運(yùn)用改進(jìn)的天牛須智能仿生尋優(yōu)算法，計(jì)算功耗最小時(shí)矩陣式線圈上的電流值。本發(fā)明采用上述方法，設(shè)計(jì)了專用于MACT?MI的矩陣式線圈，可為MACT?MI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步地實(shí)驗(yàn)?zāi)酥僚R床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁聲磁粒子濃度成像裝置中梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

近年來MNPs已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷和治療的相關(guān)研究中，例如腫瘤磁熱療、干細(xì)胞標(biāo)記、基因遞送、藥物靶向治療、疾病診斷等，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景，但磁粒子成像技術(shù)通過感應(yīng)線圈測(cè)量感應(yīng)電壓，激勵(lì)磁場(chǎng)會(huì)直接耦合到測(cè)量線圈中，所產(chǎn)生的直接饋通干擾將降低圖像的空間分辨率和測(cè)量的靈敏度，而電磁場(chǎng)與聲場(chǎng)結(jié)合的磁聲多物理場(chǎng)成像研究正是考慮到了超聲檢測(cè)技術(shù)的高分辨率、高靈敏度特性以及磁場(chǎng)、聲場(chǎng)良好的耦合效果，其優(yōu)良的物理效果使磁聲多物理場(chǎng)成像成為現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。

史曉玉等人于2020年提出了基于朗之萬理論的磁聲磁粒子濃度成像方法，對(duì)不同濃度、不同維數(shù)的二維平面模型進(jìn)行了圖像重建，天然克服了驅(qū)動(dòng)線圈和檢測(cè)線圈之間的電磁干擾問題，融合了電磁技術(shù)、超聲技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，兼具無創(chuàng)、對(duì)比度好、靈敏度高以及空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN201911067260.X2公開了一種磁聲磁粒子濃度成像裝置，但該專利所述的梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元是麥克斯韋線圈，若要超聲探頭感應(yīng)到超聲信號(hào)，至少需要半徑為0.4m的麥克斯韋線圈通以大約200A的電流，為進(jìn)一步降低激勵(lì)電流、簡(jiǎn)化散熱條件，本發(fā)明提出了一種專用于MACT-MI裝置的梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元，旨在實(shí)現(xiàn)不需要過大的電流即可產(chǎn)生滿足MNPs成像所需的梯度磁場(chǎng)，不需要半徑過大的激勵(lì)線圈即可在成像區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻度足夠的梯度磁場(chǎng)。

圖5所示的這種矩陣式線圈解決了上述技術(shù)問題，將74個(gè)材質(zhì)相同的圓形線圈均分為上下兩組，每組線圈同面布置，并將上下兩組線圈由內(nèi)向外劃分為四層，每層線圈之間串聯(lián)連接，用一個(gè)功率放大器驅(qū)動(dòng)，可以在保證成像區(qū)域產(chǎn)生均勻梯度磁場(chǎng)的前提下，降低梯度磁場(chǎng)的激勵(lì)電流、減小線圈的尺寸。

本發(fā)明提出了一種針對(duì)磁聲磁粒子濃度成像的矩陣式線圈設(shè)計(jì)方法，將梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元由麥克斯韋線圈改為矩陣式線圈，大幅度降低梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元所需的電流值，為磁聲磁粒子濃度成像裝置系統(tǒng)的研制以及進(jìn)一步地實(shí)驗(yàn)?zāi)酥僚R床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決磁聲磁粒子濃度成像系統(tǒng)中梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元電流過大的問題，提出了一種專用于磁聲磁粒子濃度成像系統(tǒng)的矩陣式線圈，本發(fā)明能降低梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元的激勵(lì)電流、簡(jiǎn)化散熱條件，提高了磁聲磁粒子濃度成像系統(tǒng)的水平。

磁聲磁粒子濃度成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，包括：

1)梯度磁場(chǎng)激勵(lì)單元：由智能控制器FPGA、脈沖信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和矩陣式線圈組成，目的是產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)并作用于含有MNPs的生物組織；

2)磁聲信號(hào)采集與顯示單元：由超聲換能器、濾波器、放大器和示波器組成，目的是采集磁聲信號(hào)，并將采集到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和顯示；

3)機(jī)械驅(qū)動(dòng)掃描單元：由驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)組成，目的是驅(qū)動(dòng)磁聲信號(hào)采集單元進(jìn)行環(huán)形掃描，以接收超聲換能器產(chǎn)生的超聲信號(hào)；